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摘要：本文总结了甲烷的结构和性质的特殊性，利用其特殊性快速解答化学试题。
关键词：甲烷 特殊性 化学试题
甲烷是最简单的烃，有其特殊的结构和性质：①为正四面体结构，键角109°28′；②为非极性分子；③分子量最小的烃；④碳原子最少的烃；⑤含氢质量分数最高的烃；⑥甲烷的特殊化学性质：裂解生成C和H2或C2H2和H2、甲烷与氯气、甲烷与水蒸气反应等。
一、应用甲烷所含碳原子最少的特殊性解题
例1：两种气态烃组成的混合气体0.1mol，完全燃烧得0.16mol二氧化碳和3.6g水。下列说法正确的是，混合气体中（ ）
A.一定有甲烷 B.一定是甲烷和乙烯
C.一定没有乙烷 D.一定有乙炔
解析：由题目所给的条件可求出混合烃的平均分子式为C1.5H4，所以，一定有CH4，另一种烃的H原子一定为4，故一定没有乙烷和乙炔，答案选AC。
二、应用甲烷为正四面体的结构特殊性解题
例2：能说明CH4是正四面体而不是平面结构的理由是（ ）
A.一氯取代物不存在同分异构体
B.二氯取代物不存在同分异构体
C.它是非极性分子
D.它的键长和键角都相等
解析：若CH4是平面结构，则它就存在同分异构体，现在，它不存在同分异构体，反证它不是平面结构，而是正四面体结构。选B。
三、利用甲烷中C原子与H原子比例的特殊性解题
（一）与化学基本计算相联系
例3：一定量的甲烷燃烧后得到的产物为CO、CO2和水蒸气，此混合气的质量为49.6g，当其缓慢经过无水CaCl2时，CaCl2增重25.2g，原混合气中CO2质量为 （ ）
A.12.5g B.13.2g C.19.7g D.24.4g
解析：依题意可知CO和CO2的质量和为49.6g，水的质量为25.2g，可求出水的物质的量为1.4mol，则H原子为2.8mol，由于CO和CO2中的C元素和水中的H元素均来源于甲烷，此题就隐含有CO和CO2中的C原子总物质的量与水中H原子物质的量为之比为1：4，故CO和CO2总共0.7mol，CO和CO2质量和为49.6g—25.2g = 24.4g，列方程组可求：CO为0.4mol，CO2为0.3mol。答案：B。
（二）与化学实验相联系，考查学生对实验数据的处理能力及实验设计评价能力
例4：为测定一种气态烃的化学式，取一定量的A置于密闭容器中燃烧，定性实验表明产物是CO2，CO和水蒸气。学生甲、乙设计了如下两个方案，均认为根据自己的方案能求出A的最简式。他们测得的有关数据如下（图中的箭头表示气体的流向，实验前系统内的空气已排除）：
甲方案
■
乙方案
■
试回答：
（1）根据两方案，你认为能否求出A的最简式？
（2）请根据你选出的方案，通过计算求出A的最简式。
（3）若要确定A的化学式，是否还需要测定其他数据？如果需要，该测定哪些数据？
解析：本题考查学生对实验数据的处理能力及实验评价能力，由题目所给的条件可知：在甲方案中，燃烧后的混合气体经过浓硫酸后，增加的2.52g就是水的质量，即0.14mol水，再经过碱石灰，增加的1.32g，就是CO2的质量，即0.03molCO2。然后，点燃，生成1.76g CO2，即0.04molCO2，所以，CO也为0.04mol，因此，该气态烃中共有C原子0.07mol，H原子0.28mol，C/H =4，而烃中只有CH4的C原子与H原子的比值为1/4，所以，不需要测定其他数据。乙方案中，经过碱石灰后，增加的是水和CO2的混合质量，不能求出水的质量，也就不能求出C原子与H原子的比值，因此，不能确定最简式。
答案：（1）甲能，乙不能 （2）CH4 （3）不需要
四、利用甲烷的特殊化学性质解题
例5：“C1化学”是指以分子中只含一个碳原子的物质为原料进行物质合成的化学。下图是以天然气的主要成分为原料的合成路线流程图，其中“混合气体”的成分与水煤气相同；B的水溶液有杀菌防腐性能；D是C的钠盐，2molD分子间脱去1molH2分子可缩合生成E；H是F与A按物质的量之比为1：2反应的产物。
■
填写下列空白：
（1）E的化学式是 。
（2）D、G的结构简式是D 、
G 。
（3）写出下列反应的化学方程式：
A→B
A+F→H 。
解析：由A、B、C的关系，我们可判断出B是醛，则A是醇，C是酸。再联想水煤气，反推混合气中可能是CO和H2，故A可能是甲醇，依次推出B是甲醛，C是甲酸，D是甲酸钠，由题目所给的条件脱去H2，而甲酸钠只有1个H，应是2mol的C脱去1mol的H2，所以，E是草酸钠，H是草酸。
（1） Na2C2O4 （2）HCOONa HCOOCH3
（3）
■
（责编 赵建荣）
关键词：甲烷 特殊性 化学试题
甲烷是最简单的烃，有其特殊的结构和性质：①为正四面体结构，键角109°28′；②为非极性分子；③分子量最小的烃；④碳原子最少的烃；⑤含氢质量分数最高的烃；⑥甲烷的特殊化学性质：裂解生成C和H2或C2H2和H2、甲烷与氯气、甲烷与水蒸气反应等。
一、应用甲烷所含碳原子最少的特殊性解题
例1：两种气态烃组成的混合气体0.1mol，完全燃烧得0.16mol二氧化碳和3.6g水。下列说法正确的是，混合气体中（ ）
A.一定有甲烷 B.一定是甲烷和乙烯
C.一定没有乙烷 D.一定有乙炔
解析：由题目所给的条件可求出混合烃的平均分子式为C1.5H4，所以，一定有CH4，另一种烃的H原子一定为4，故一定没有乙烷和乙炔，答案选AC。
二、应用甲烷为正四面体的结构特殊性解题
例2：能说明CH4是正四面体而不是平面结构的理由是（ ）
A.一氯取代物不存在同分异构体
B.二氯取代物不存在同分异构体
C.它是非极性分子
D.它的键长和键角都相等
解析：若CH4是平面结构，则它就存在同分异构体，现在，它不存在同分异构体，反证它不是平面结构，而是正四面体结构。选B。
三、利用甲烷中C原子与H原子比例的特殊性解题
（一）与化学基本计算相联系
例3：一定量的甲烷燃烧后得到的产物为CO、CO2和水蒸气，此混合气的质量为49.6g，当其缓慢经过无水CaCl2时，CaCl2增重25.2g，原混合气中CO2质量为 （ ）
A.12.5g B.13.2g C.19.7g D.24.4g
解析：依题意可知CO和CO2的质量和为49.6g，水的质量为25.2g，可求出水的物质的量为1.4mol，则H原子为2.8mol，由于CO和CO2中的C元素和水中的H元素均来源于甲烷，此题就隐含有CO和CO2中的C原子总物质的量与水中H原子物质的量为之比为1：4，故CO和CO2总共0.7mol，CO和CO2质量和为49.6g—25.2g = 24.4g，列方程组可求：CO为0.4mol，CO2为0.3mol。答案：B。
（二）与化学实验相联系，考查学生对实验数据的处理能力及实验设计评价能力
例4：为测定一种气态烃的化学式，取一定量的A置于密闭容器中燃烧，定性实验表明产物是CO2，CO和水蒸气。学生甲、乙设计了如下两个方案，均认为根据自己的方案能求出A的最简式。他们测得的有关数据如下（图中的箭头表示气体的流向，实验前系统内的空气已排除）：
甲方案
■
乙方案
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试回答：
（1）根据两方案，你认为能否求出A的最简式？
（2）请根据你选出的方案，通过计算求出A的最简式。
（3）若要确定A的化学式，是否还需要测定其他数据？如果需要，该测定哪些数据？
解析：本题考查学生对实验数据的处理能力及实验评价能力，由题目所给的条件可知：在甲方案中，燃烧后的混合气体经过浓硫酸后，增加的2.52g就是水的质量，即0.14mol水，再经过碱石灰，增加的1.32g，就是CO2的质量，即0.03molCO2。然后，点燃，生成1.76g CO2，即0.04molCO2，所以，CO也为0.04mol，因此，该气态烃中共有C原子0.07mol，H原子0.28mol，C/H =4，而烃中只有CH4的C原子与H原子的比值为1/4，所以，不需要测定其他数据。乙方案中，经过碱石灰后，增加的是水和CO2的混合质量，不能求出水的质量，也就不能求出C原子与H原子的比值，因此，不能确定最简式。
答案：（1）甲能，乙不能 （2）CH4 （3）不需要
四、利用甲烷的特殊化学性质解题
例5：“C1化学”是指以分子中只含一个碳原子的物质为原料进行物质合成的化学。下图是以天然气的主要成分为原料的合成路线流程图，其中“混合气体”的成分与水煤气相同；B的水溶液有杀菌防腐性能；D是C的钠盐，2molD分子间脱去1molH2分子可缩合生成E；H是F与A按物质的量之比为1：2反应的产物。
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填写下列空白：
（1）E的化学式是 。
（2）D、G的结构简式是D 、
G 。
（3）写出下列反应的化学方程式：
A→B
A+F→H 。
解析：由A、B、C的关系，我们可判断出B是醛，则A是醇，C是酸。再联想水煤气，反推混合气中可能是CO和H2，故A可能是甲醇，依次推出B是甲醛，C是甲酸，D是甲酸钠，由题目所给的条件脱去H2，而甲酸钠只有1个H，应是2mol的C脱去1mol的H2，所以，E是草酸钠，H是草酸。
（1） Na2C2O4 （2）HCOONa HCOOCH3
（3）
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（责编 赵建荣）